ПРОГРАМА вступного іспиту третього(освітньо-наукового)рівня вищої освіти для здобуття наукововго ступеня доктор філософіі
Термодинаміка
Розділ 1
Основні термодинамічні поняття. Термодинамічні системи, навколишнє середовище, взаємодія між ними. Стан рівноваги. Параметри (функції) стану. Внутрішня енергія. Термодинамічний процес. Рівноважні та нерівноважні процеси.
Розділ 2
Перший закон термодинаміки як форма закону збереження і перетворення енергії. Види енергії і форми обміну енергією. Механічна робота та інші види робіт. Теплота як форма обміну енергією. Визначення кількості роботи і теплоти у рівноважних процесах через параметри системи та їх зміна у безкінечних та кінечних процесах. Робота і теплота як функція процесів.
Розділ 3
Рівняння першого закону термодинаміки для проточної системи. Ентальпія, робота проштовхування, технічна робота, розташувальна робота. Рівняння стану термодинамічних систем. Термічні та калоричні рівняння стану. Загальні властивості рівнянь стану. Рівняння Клапейрона-Мєндєлєєва і Ван-дер-Ваальса як приклади рівнянь стану.
Розділ 4
Поняття теплоємності. Залежність теплоємності від характеру термодинамічного процесу. Визначення ізохорної та ізобарної теплоємності через похідні від енергії та ентальпії по температурі. Мольна, масова та об’ємна питомі теплоємності. Залежність теплоємності ідеальних газів від температури. Істинна і середня теплоємність. Теплоємність суміші ідеальних газів.
Розділ 5
Другий закон термодинаміки. Термодинамічна оборотність та необоротність. Зміна ентропії у необоротних процесах. Термодинамічні нерівності. Умови взаємного перетворення теплоти і роботи у прямих та обернених термодинамічних циклах. Термічний коефіцієнт прямого циклу і холодильний коефіцієнт оберненого циклу. Цикл та теорема Карно. Формулювання другого закону термодинаміки. Методи термодинамічного аналізу циклів (ентропійний, ексергетичний, термоекономічний).
Розділ 6
Характеристичні функції та термодинамічні потенціали. Внутрішня енергія, ізохорно-ізотермічний потенціал, ізобарно-ізотермічний потенціал як характеристичні функції. Можливість виразу термічних і калоричних властивостей системи через характеристичні функції. Рівняння Гіббса-Гельмгольца. Співвідношення Максвела.
Розділ 7
Термодинамічні властивості речовин на лінії фазових переходів. Термодинамічні властивості перегрітої пари та вологої пари. Поняття про методи розрахунку ентропії, ентальпії і внутрішньої енергії реальних речовин з використанням даних про термічні властивості. Термодинамічні діаграми стану об’єм-тиск, об’єм-температура, ентропія-ентальпія, тиск-ентальпія.
Розділ 8
Основні термодинамічні процеси. Об’єм розрахунку термодинамічного процесу. Процеси: ізохорний, ізобарний, ізотермічний, адіабатний, політропний. Визначення параметрів стану, зміна термодинамічних функцій в процесі. Кількість теплоти, роботи, розташованої роботи у випадку ідеального газу і реальних речовин. Процес дроселювання. Опис процесу. Ефект Джоуля-Томсона. Диференційний і інтегральний дросель-ефекти. Точки і крива інверсії.
Розділ 9
Термодинаміка одномірного потоку. Основні припущення. Рівняння енергії потоку у термічній і механічній формах. Адіабатична течія без тертя. Зв’язок швидкості течії з ентальпією, температурою та тиском у потоці. Параметри гальмування. Течія по каналах змінного перерізу. Критичний перепад тиску, перехід через швидкість звуку. Сопло Лаваля. Поняття про поводження взаємодій. Дослідження процесів течії газу за допомогою ентропійних діаграм.
Розділ 10
Вологе повітря. Характеристики стану вологого повітря. Абсолютна та відносна вологість. Діаграма станів вологого повітря. Процеси нагрівання, охолодження, зволоження та осушування.
Розділ 11
Цикли теплових машин. Двигуни внутрішнього згорання (ДВЗ). Цикл ДВЗ з підводом теплоти в процесі V = const. Цикл ДВЗ з підводом теплоти в процесі P = const. Цикл ДВЗ зі змішаним підводом теплоти в процесах V = const і P = const. Порівняння циклів ДВЗ. Газотурбінні установки (ГТУ). Цикл ГТУ з підводом теплоти в процесі P = const. Методи підвищення ККД ГТУ. Цикл реактивних двигунів. Цикли паросилових установок. Цикл Карно для водяної пари. Цикл Ренкіна та його аналіз. Цикл з проміжним перегрівом пари. Регенеративний цикл. Бінарний цикл. Теплофікаційний цикл. Цикл парогазових установок. Зворотні цикли теплових машин. Цикл парокомпресорної холодильної установки. Цикл абсорбційної холодильної установки. Цикл теплового насосу. Термотрансформатори.
Теплопередача
Розділ 1
Методи дослідження фізичних явищ. Основні положення феноменологічного і статистичного методів. Елементарні види переносу, їх механізм. Феноменологічні закони і коефіцієнти переносу. Основні положення теорії подібності. Метод аналізу розмінностей.
Розділ 2
Теплопровідність. Математична модель процесу теплопровідності, диференційне рівняння теплопровідності, умови однозначності. Умови подібності процесів теплопровідності, критерії подібності. Стаціонарні процеси теплопровідності. Теплопровідність плоских, циліндричних, кульових одно- і багатошарових стінок при граничних умовах першого і третього роду, теплопередача. Узагальнений метод рішення задач теплопровідності. теплопровідність при наявності внутрішніх джерел теплоти. Теплопровідність ребер, тепловіддача і теплопередача оребрених поверхонь. Нестаціонарні процеси теплопровідності. Нестаціонарна теплопровідність класичних тіл, необмежених пластин і циліндра, сфери, тіл обмежених розмірів. Теплопровідність при фазових перетвореннях. Регулярний тепловий режим. Нелінійні задачі теплопровідності. Наближені аналітичні методи рішення задач теплопровідності, числові методи.
Розділ 3
Конвекція. Математична модель процесу конвективного теплообміну. Диференційні рівняння тепловіддачі, енергії руху, суцільності, умови однозначності. Умови подібності процесів конвективного теплообміну, критерії подібності. Теплообмін при вільній конвекції при ламінарному і турбулентному русі на вертикальній стінці та у горизонтальній трубі. Теплообмін при вільній конвекції у обмеженому просторі.
Розділ 4
Ламінарна течія. Теплообмін при вимушеній ламінарній течії. Теплообмін при поздовжньому омиванні поверхні. Диференційні рівняння теплового і гідродинамічного пограничних шарів. Інтегральні рівняння імпульсу і теплового потоку. Аналогія процесів переносу теплоти та імпульсу у пограничному шарі. Тепловіддача пластини при різних граничних умовах, аналітичні рішення, експериментальні дані.
Розділ 5
Турбулентний рух. Теплообмін при вимушеному турбулентному русі. Рівняння енергії і руху у осереднених величинах. Турбулентні коефіцієнти переносу. Турбулентні теплові потоки і дотичні напруження . Гідро-теплова аналогія Рейнольдса. Тепловіддача при омиванні пластини і течії у каналах (рішення на підставі двох та трьох шарових моделей потоку). Тепловіддача при течії у каналах в області стабілізованого процесу (інтеграл Лайона). Тепловіддача при поперечному омиванні поодиноких труб і пучків.
Розділ 6
Теплообмін при конденсації пари. Плівкова та краплинна конденсація. Теплообмін при плівковій конденсації нерухомої пари на вертикальній стінці. Конденсація на горизонтальній трубі. Теплообмін при плівковій конденсації рухомої пари усередині труб, на горизонтальних поодиноких трубах і пучках труб. Теплообмін при конденсації пари із паро-газової суміші. Потрійна аналогія між процесами переносу імпульсу, тепла і маси. Дифузійний пограничний шар. Теплообмін при краплинній конденсації пари.
Розділ 7
Теплообмін при кипінні однокомпонентних рідин. Режими кипіння рідини і механізми процесу теплообміну. Залежність теплового потоку від температурного напору. Залежність тепловіддачі від тиску і теплофізичних властивостей. Вплив швидкості циркуляції. Структура двохфазного потоку і теплообміну при кипінні рідини усередині труб. Кризи кипіння. Механізм теплообміну при плівковому кипінні рідини. Тепловіддача при ламінарному і турбулентному русі парової плівки.
Розділ 8
Механізм переносу маси. Математична модель процесу конвективного масообміну. Критерії подібності. Масовіддача. Рівняння Стефана. Аналогія процесів переносу тепла і маси, межі аналогії. Математична модель взаємопов’язаних процесів тепло- і масопереносу. Тепло- і масовіддача при конденсації пари із паро-газової суміші, випаровування рідини з поверхні, сублімація.
Розділ 9
Теплообмін випромінюванням. Основні закони теплового випромінювання (Планка, Релея-Джинса, Віна, Стефана-Больцмана, Кірхгофа, Ламберта). Променистий теплообмін між безкінечними пластинами, тілом і оболонкою, розділеними діатермічним середовищем. Вплив екранів. Теплообмін між двома вільно розташованими тілами. Кутові коефіцієнти випромінювання, методи їх визначення. Геометричні властивості променистих потоків. Променистий теплообмін у системах абсолютно чорних і сірих тіл, розділених діатермічним середовищем. Перенос променистої енергії у поглинаючих паро-газових середовищах. Закони Бугера, Бера, об’єднаний закон Бугера-Бера. Дифузне приближення процесу випромінювання. Узагальнені кутові коефіцієнти випромінювання. Загальне рівняння переносу променистої енергії у поглинаючих, випромінюючих і розсіювальних середовищах. Критерії подібності променистого теплообміну.
Розділ 10
Складний теплообмін. Радіаційно-кондуктивний теплообмін. Радіаційно-кондуктивно-конвективний теплообмін. Критерії подібності складного теплообміну.